(57)【要約】  簡単な構成で走査機構などの動作をチェックでき、より信頼性の高い粒子線照射装置を提供することを目的とする。  走査された粒子ビーム（４）の一部を遮蔽する粒子ビーム遮蔽体（６）と、この粒子ビーム遮蔽体（６）に走査された粒子ビーム（４）が当たった時に発生する即信号を検出する即信号検出器（１１）と、予め決められた走査パターンによって発生する即信号の発生パターンを予測して求めて比較用信号時間パターンとして格納する信号比較装置（１２）とを備え、この信号比較装置（１２）は、予め決められた走査パターンに従って粒子ビームを走査して標的に粒子ビームを照射した時に即信号検出器（１１）で検出された信号の時間パターンである検出信号時間パターンと、格納された比較用信号時間パターンと、を比較して、粒子ビームの走査または粒子ビーム遮蔽体（６）の異常を検出するようにした。
2012008274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される粒子ビームを走査して標的に上記粒子ビームを照射する粒子線照射装置において、
走査された粒子ビームの一部を遮蔽する粒子ビーム遮蔽体と、この粒子ビーム遮蔽体に上記走査された粒子ビームが当たった時に発生する即信号を検出する即信号検出器と、予め決められた走査パターンによって発生する上記即信号の発生パターンを予測して求めて比較用信号時間パターンとして格納する信号比較装置とを備え、
この信号比較装置は、上記予め決められた走査パターンに従って上記粒子ビームを走査して上記標的に上記粒子ビームを照射した時に上記即信号検出器で検出された信号の時間パターンである検出信号時間パターンと、上記格納された比較用信号時間パターンとを比較して、上記粒子ビームの走査または上記粒子ビーム遮蔽体の異常を検出することを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項２】
上記粒子ビーム遮蔽体が、上記標的に上記粒子ビームの横方向照射野を形成するためのコリメータであることを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射装置。
【請求項３】
上記粒子ビームを走査して、当該粒子ビーム自体で上記標的に横方向の照射野を形成する粒子線照射装置であって、上記粒子ビームの走査領域の境界の少なくとも１か所に上記粒子ビーム遮蔽体を設置したことを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射装置。
【請求項４】
上記即信号は、上記粒子ビーム遮蔽体が発生する即放射線信号であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子線照射装置。
【請求項５】
上記即信号検出器を上記粒子ビーム遮蔽体よりも、上記粒子ビームの下流側に設置したことを特徴とする請求項４に記載の粒子線照射装置。
【請求項６】
カウンタウエイトを有する回転ガントリー機構を備え、上記即信号検出器を上記カウンタウエイトと一体的に移動するように設置したことを特徴とする請求項５に記載の粒子線照射装置。
【請求項７】
上記検出信号時間パターンと上記比較用信号時間パターンとの両方、あるいは上記検出信号時間パターンと上記比較用信号時間パターンの差、のいずれかを表示する表示装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の粒子線照射装置を備えたことを特徴とする粒子線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子ビーム（粒子線とも呼ぶ）を腫瘍など患部に照射して治療を行う粒子線治療に適用する、粒子ビームを患部３次元形状に合わせて照射するための粒子線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子線治療法では、光速の約70%まで加速された陽子ビームや炭素線など、高エネルギーの粒子ビームが用いられる。これらの高エネルギーの粒子ビームは体内に照射された際に、以下の特徴を有する。第一に、照射された粒子ビームの殆どが粒子エネルギーの約1.7乗に比例した深さ位置に停止する。第二に、照射された粒子ビームが体内で停止するまでに通過する経路に与えるエネルギー密度（線量と呼ばれる）は粒子ビームの停止位置で最大値を有する。通過した経路に沿って形成した特有の深部線量分布曲線はブラッグカーブと呼ばれ、線量値が最大の位置はブラッグピークと呼ばれる。【０００３】
よく用いられる２次元照射法と呼ばれる照射野形成法を利用する粒子線照射システムでは、まず、粒子ビームを横方向に拡大させ、横方向の均一照射野を形成する。そして、患者コリメータや多葉コリメータなどのコリメータを用いて照射野を患部の形状に合わせて整形する。また、粒子ビームの体内停止位置（ブラッグピークの位置）である最大深さ位置が横方向位置によらず患部のエッジ近傍に一致するように、粒子ビームを、患者ごとに作成されるエネルギー補償フィルタ（患者ボラス又はBolusと称す）を通過させる。更に、リッジフィルタと呼ばれる装置を用いて、患部深さ幅を全部カバーするように、ブラッグピークの幅を拡大させる。これによって、患部体積において、ほぼ均一な線量分布を形成できる。【０００４】
粒子ビームを横方向に拡大させる方法として、散乱体を用いる方法、ワブラ電磁石を用いる方法などがある。ワブラ電磁石を用いるワブラ法には、10センチ弱のビームスポットを円軌道にそって50Hz程度で回転させて中心部に均一な線量分布を形成させる単円ワブラ法と、0.5−２ｃｍ程度のビームスポットを複雑な走査パターンに従って高速に走査して、中心部に均一な線量分布領域を形成する方法がある。一定の周期パターンで細いビームスポットを走査して均一な横方向線量分布を形成するので、この方法はユニフォームスキャニングとも呼ばれる。走査パターンとして、螺旋パターンと鋸波パターンが知られている。走査パターンが螺旋状である場合は螺旋ワブラ法と呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１９１７０９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Masataka Komori, et al， “Optimization of spiral-Wobbler System for Heavy-Ion Radiotherapy”,”Japanese Journal of Applied Physics“, 2004, Vol. 43, No.9A, pp.6463-6467
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１や特許文献１に記載された粒子線照射装置では、螺旋ワブラ法を用いるため、単円ワブラ法に比べ、より複雑な走査パターンにてビームスポットを走査させることになる。そのため、照射中に螺旋ワブラシステムが正常に動作しているかどうかを監視することがより複雑になる。本発明の目的は、ワブラシステムやその他の走査機構により粒子ビームを走査して横方向照射野を形成する粒子線照射装置において、簡単な構成で走査機構などの動作をチェックでき、より信頼性の高い粒子線照射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る粒子線照射装置は、走査された粒子ビームの一部を遮蔽する粒子ビーム遮蔽体と、この粒子ビーム遮蔽体に走査された粒子ビームが当たった時に発生する即信号を検出する即信号検出器と、予め決められた走査パターンによって発生する即信号の発生パターンを予測して求めて比較用信号時間パターンとして格納する信号比較装置とを備え、この信号比較装置は、予め決められた走査パターンに従って粒子ビームを走査して標的に粒子ビームを照射した時に即信号検出器で検出された信号の時間パターンである検出信号時間パターンと、格納された比較用信号時間パターンとを比較して、粒子ビームの走査または粒子ビーム遮蔽体の異常を検出するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の粒子線照射装置にあっては、簡単な構成で走査機構などの異常を検出でき、信頼性の高い装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置のコリメータを粒子ビームの入射方向から見た平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置の、計算によって得られる比較用信号時間パターンの例を示す線図である。
【図４】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置の即放射線検出器によって検出される検出信号時間パターンの例を示す線図である。
【図５】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置に異常が生じた場合のコリメータを粒子ビームの入射方向から見た平面図である。
【図６】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置に図５の異常が生じた場合の、即放射線検出器によって検出される検出信号時間パターンの例を示す線図である。
【図７】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置に別の異常が生じた場合のコリメータを粒子ビームの入射方向から見た平面図である。
【図８】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置に図７の異常が生じた場合の、即放射線検出器によって検出される検出信号時間パターンの例を示す線図である。
【図９】本発明の実施の形態１による粒子線照射装置の他のコリメータを粒子ビームの入射方向から見た平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による粒子線照射装置の即放射線検出器によって得られる即放射線信号の例を示す線図である。
【図１３】本発明の実施の形態４による粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による粒子線照射装置の表示装置の画面の例を示すイメージ図である。
【図１５】本発明の実施の形態５による粒子線照射装置の要部を示すイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。図１の粒子線照射装置の構成および動作を以下に説明する。粒子ビーム加速器（図示せず）から所定ビームエネルギーを有する粒子ビーム１を得る。例えば粒子線治療では、200MeV程度の陽子ビームや400MeV/u程度の炭素線などの粒子ビームを用いる。ワブラ電磁石２（通常、Ｘ方向に走査するＸ方向走査電磁石２１と、Ｙ方向に走査するＹ方向走査電磁石２２とからなる）が、走査電源３により励磁され、入射された粒子ビーム１を所定パターンで走査する。走査電源３は、例えば螺旋パターンを発生させるパターン電源、または鋸波形の電流をワブラ電磁石２に供給するパターン電源である。入射された粒子ビーム１は、ワブラ電磁石２により走査された粒子ビーム４となり、粒子ビームモニタ１３が、粒子ビーム４の照射量と粒子ビーム位置を測定する。コリメータ６が、ワブラ電磁石２で形成した横方向線量分布の平坦部分を切り取って患部形状（粒子ビームの進行方向から見た形状）に合わせた照射野を形成する。粒子ビーム５は、走査された粒子ビーム４のうち、走査されてコリメータ６に当たって遮蔽される粒子ビームを示す。粒子ビームの最大レンジを調整し、粒子ビームの拡大ブラッグピークの遠方停止位置を患部９の境界に一致させるための患者ボラス７が、コリメータ６の下流に配置される。また、ブラッグピークの幅を患部の深さ幅に拡大させるためにはリッジフィルタ（図示せず）と呼ばれる装置が使われる。患者ボラス７を通過した粒子ビーム４が、患者体表面８を通って、患部９にビームスポット２０を形成し、このビームスポット２０がワブラ電磁石２により走査されることになる。また、粒子ビーム５がコリメータ６に当たって発生する即放射線（γ線、中性子線など）を測定する即放射線検出器１１が配置される。一方、本発明の実施の形態１による粒子線照射装置は、加速器から得られる粒子ビーム電流の時間変化情報や粒子ビームのオンオフタイミング信号など、加速器から出力される粒子ビームの情報を供給するビーム情報供給部１０を備える。さらに、ワブラ周期パターンとコリメータ装置の開口形状を含むパラメータに基づいて予め計算した即放射線信号の時間パターンである比較用信号時間パターンを格納した信号比較装置１２を備える。信号比較装置１２は、即放射線検出器１１によって検出される即放射線信号の時間パターンである検出信号時間パターンと、比較用信号時間パターンとの比較を行う。
【００１２】
図２はコリメータ６を粒子ビームの入射方向から見た平面図であり、コリメータ６と走査された粒子ビーム４の位置関係を示す。コリメータ６は４枚のコリメータリーフ６１から構成され、各コリメータリーフ６１の位置を調整することでコリメータ６の開口領域、すなわち粒子ビームがコリメータ６を通過する領域を決める。図２において斜線で示す領域が、コリメータ６の開口部６５で、粒子ビーム４がコリメータ６を通過する領域である。図２において、Ｘ、Ｙはコリメータ面に平行な面における座標軸を示す。また、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６は、走査された粒子ビーム４がコリメータ６に遮蔽されてコリメータ６に当たる部分を示す。このように、コリメータ６は粒子ビーム遮蔽体となっている。符号４１で示す直線のパターンは、走査された粒子ビームのコリメータ６の面における軌道パターンの例を示す。図２では粒子ビームの軌道パターン４１は、Ｘ方向とＹ方向において、鋸波形の軌道パターンである例を示している。
【００１３】
次に、本発明の実施の形態１による粒子線照射装置の動作を説明する。まず、治療計画にて、患部体積にのみ粒子ビームが照射されるように、患者毎にコリメータの開口形状を決定する。図２では、簡単のため最も単純なコリメータ６を示したが、実際には、コリメータは金属などの板からくりぬいて製作する場合や、リーフ位置が可変の自動制御式の多葉コリメータを用いる場合が多い。また、治療計画では、患部の照射で必要な粒子ビームの走査パラメータが決定される。走査パラメータには、用いる走査パターン、走査半径とも呼ばれる走査パターンの最大範囲などが含まれる。粒子ビームの走査で得られる均一照射範囲はコリメータ６の開口部６５よりも大きくする必要がある。最終的には、コリメータを通り抜けた粒子ビームのみが患部に到達し、患部形状に一致するように照射野が形成される。
【００１４】
次に、決定されたコリメータ６の向きを含むコリメータの開口部形状と、粒子ビーム走査パターンと、走査範囲との情報を用いて、粒子ビーム５がコリメータ６に当たって発生する即放射線を即放射線検出器１１が検出して出力すると考えられる即放射線信号の時間パターンを計算する。この計算によって求めた即放射線信号の時間パターンが、比較用信号時間パターンである。具体的には、粒子ビーム軌道がコリメータの開口部６５を完全に通過している期間は、即放射線信号がゼロである。粒子ビーム軌道がコリメータ６で遮蔽される期間においては、即放射線信号は所定の値を有する。ここで、即放射線信号の大きさはその際のビーム電流強度に比例するが、粒子ビーム電流そのものが時間と共に変動する場合が多いので、計算ではまず即放射線信号の有無をパラメータにする。コリメータが図２に示す単純な４枚のブロックコリメータであり、走査パターンが図２に示す鋸波による場合を例に説明する。
【００１５】
図３は、コリメータ６の開口部６５の形状と粒子ビームの走査パターンとの情報から計算して得られる即放射線信号の時間パターン、すなわち比較用信号時間パターンの例である。粒子ビーム４がコリメータの開口部６５を通過する期間では、コリメータ６による即放射線は観測されず、コリメータ６（コリメータリーフ６１）に粒子ビーム５が遮蔽されている期間では、即放射線が検出され信号が出力されている様子を示している。また、粒子ビーム加速器がシンクロトン加速器である場合は、粒子ビーム電流がパルス状になるため、図３にＴで示すビームオフ期間では、コリメータ６による即放射線は観測されない。
【００１６】
図３に示すＳ１信号の幅は図２に示す領域Ａ１における粒子ビーム軌道の長さに比例する。同じように、コリメータリーフ６１によって遮蔽された粒子ビーム５によって発生する即放射線が測定される時刻と時間幅が計算で予測できる。そして、図３で示した比較用信号時間パターンを図１に示す信号比較装置１２に格納する。続いて、コリメータリーフ６１の位置を治療計画で決めた形状になるように設定し、他の照射機器とパラメータも事前に調整・設定される。これで、治療開始の準備が整う。
【００１７】
次に、ワブラ電磁石２の走査電源３が計画された走査パターンに従ってワブラ電磁石２に電流を送ることにより、ワブラ電磁石２は走査パターンに沿うように励磁される。そして、粒子ビームが加速器から出射され、ビーム輸送系を経て、ワブラ電磁石２に入射される。ワブラ電磁石２に入射された粒子ビーム１は走査パターンに沿って走査され、粒子ビーム４になる。粒子ビーム４はコリメータ６の開口部６５を通過し、患者ボラス７と患者体表面８を通り抜けた後、患部９に照射される。
【００１８】
一方、コリメータ６で遮蔽された粒子ビーム５はコリメータ６に当たり、コリメータ中の原子核と反応し、即γ線などの即放射線を瞬時に発生する。即放射線は粒子ビーム５がコリメータ６に当たる瞬間に生じるため、その発生タイミングが粒子ビーム４のコリメータの面における軌道パターン４１とコリメータ６の開口部６５の形状で一義的に決まる。即放射線検出器１１がコリメータ６から発生した即放射線を検出する。図４は即放射線を即放射線検出器１１で検出した即放射線信号、すなわち検出信号時間パターンの例を示す。図４において、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６はそれぞれ、図２に示した領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６に対応した部分から発生される即放射線信号である。なお、即放射線は、例えば患部９に粒子ビームが照射されている時に、患部９でも発生するが、その強度はコリメータ６で発生する強度に比較して非常に弱い。図４において弱いノイズのような信号が、患部９で発生する即放射線を即放射線検出器１１が検出した信号であり、検出された即放射線がコリメータ６で発生した即放射線がどうかは簡単に区別することができる。
【００１９】
この検出された検出信号時間パターンが信号比較装置１２に伝送される。信号比較装置１２は、検出信号時間パターンと格納されている比較用信号時間パターンとを照合し、走査パターンが計画した通りになっているかを監視する。例えば、走査パターンが周期的である場合、粒子ビームのオン期間（粒子ビームが加速器から出力されている期間）において、比較用信号時間パターンでの隣り合う信号パルスの最大時間間隔をΔＴとした場合、検出信号時間パターンでの隣り合う信号パルスの時間間隔がΔＴよりも長い場合、粒子ビームの走査機構に何らかの異常が生じたと判断できる。
【００２０】
図２から容易に分かるようにΔＴは基本的に、コリメータ６の開口部６５の最大開きおよび走査パターンの詳細形状によって決まるから、隣り合う即放射線信号パルスの時間間隔がΔＴより長ければ、粒子ビーム軌道の範囲がコリメータの開口部６５の内側に変わってしまったことを示唆することになる。また、照射中に、コリメータ６の開口部６５が変動してしまった場合、即放射線検出器１１によって検出される即放射線の検出信号時間パターン（パルスの時間幅、間隔）も変わるので、信号比較装置１２は照射中にコリメータに異常が起きた場合にも異常を検出できる。粒子線照射装置で用いる周期的走査パターンの走査周期が20Hzから60Hz程度の場合、信号パルスの時間間隔ΔＴは25msecから8.3msec程度になる。即放射線検出器１１の応答時間は10μsec程度であり、ΔＴに比べて十分速いため、粒子ビームがコリメータエッジを通過するタイミングは十分よい精度で検出できる。
【００２１】
図５は粒子ビームの走査パターンに異常が見られた場合で、Ｙ方向における走査量がゼロになって、粒子ビーム軌道４２がＸ方向に沿う線状になってしまった場合を模式的に示している。図６は図５に対応した即放射線検出器１１で検出される即放射線の検出信号時間パターンを示す。粒子ビームが両端（例えば粒子ビーム位置５０）において、コリメータ６に遮蔽される期間にのみ強い即放射線が観測されることになる。図６の検出信号時間パターンは、図３に示した比較用信号時間パターンとの違いが明瞭であり、信号比較装置１２で容易に異常を判断できる。
【００２２】
図７はワブラ電磁石２に異常が生じ、粒子ビームの走査が完全に停止した場合の粒子ビーム５１とコリメータの開口部６５の位置関係の一例を示す。図８は図７に対応した即放射線検出器１１で検出される即放射線の検出信号時間パターンを示す。照射中に、粒子ビームの走査が停止して粒子ビーム４３の位置が図７に示すような位置になった場合、図８に示すように、即放射線検出器１１ではコリメータ６で発生する即放射線信号は観測されないため、信号比較装置１２において、検出信号時間パターンを比較用信号時間パターンと比較することにより走査パターンの異常を検出できる。
【００２３】
このように、本発明の実施の形態１による粒子線照射装置では、従来のワブラ走査電源の異常監視と、粒子ビームモニタによる異常監視機能に加えて、簡単なシステム構成で、走査パターンの異常検出を実現できるため、粒子線照射装置の更なる信頼性向上が得られる効果がある。
【００２４】
また、本発明によれば、コリメータ６の異常を検出できる効果もある。また、上記ではコリメータ６は４枚のコリメータリーフ６１から構成される場合を例にして説明したが、これに限ることがなく、図９に示すような、多数のコリメータリーフ６２を用いて開口部６５を形成する多葉コリメータの場合でも、本発明の効果を奏するのは言うまでもない。
【００２５】
なお、図１において、即放射線検出器１１はコリメータ６の上流側に配置する場合を示したが、コリメータ６の下流側に即放射線検出器１１を配置しても、効果は同じである。即放射線検出器１１を患者の背後、治療台より下流に配置した場合、コリメータ中で起きる原子核反応による即γ線または即中性子線をより効率よく検出できる効果がある。
【００２６】
また、上記説明では、粒子ビームの走査パターンが鋸波のパターンの場合を例に説明したが、これに限ることなく、走査パターンは特許文献１または非特許文献１に記載の螺旋状走査パターンの場合でも、同じ効果が得られる。
【００２７】
また、上記説明では、粒子ビームブラッグピークを、リッジフィルタを用いて患部の深さ方向の幅まで拡大させる場合を例に説明したが、患部を深さ方向に沿って複数の層状領域に分割して、粒子ビームのエネルギーを層ごとに変えて照射する積層原体照射のように、幅の狭い拡大ブラッグピークを用いて照射を行う治療装置の場合でも、本発明の効果は同じである。
【００２８】
また、上記説明では、粒子ビームがシンクロトン加速器から得られた場合を例にしたが、サイクロトロン加速器を用いた粒子線照射装置の場合でも、効果は同じである。
【００２９】
なお、上記説明では、即放射線検出器１１は即放射線信号を検出する検出器として説明したが、即放射線検出器１１は、粒子ビームが、真鍮、鉄などで構成されるコリメータ６に衝突して発生した即信号（Prompt Signal）の内、ガンマー線または中性子信号を含む即信号の全部またはその一部を検出する検出器により構成しても、上記で説明した効果は基本的に同じである。重要なのは、コリメータと衝突してすぐに発生する信号を検出して、その検出信号時間パターンを計算などで求めた比較用信号時間パターンと比較することである。なぜなら、このような即信号の時間パターンはコリメータ６の開口形状及びそのビーム照射方向に対する回転角度位置、と粒子ビーム４、５の走査軌道、粒子ビーム１の強度の時間情報によって決まるからである。
【００３０】
また、コリメータ６に特別な材料を塗布または添加して、粒子ビーム５が衝突した際に、信号が発生しやすくなるようにして、それらの信号を検出するようにしても、本発明の効果が得られる。例えば、信号が音波信号でも、可視光信号でも、非可視光信号でも、２次電子信号であってもよいのである。本発明では、これら、γ線、中性子線などの放射線、２次電子、音波、光など、粒子ビーム５がコリメータ（粒子ビーム遮蔽体）６に衝突して発生する信号を即信号と定義する。即放射線検出器１１を、それら目的とする即信号を検出する即信号検出器１１とすれば、上記説明の効果が同様に得られる。
【００３１】
また、本発明では、コリメータが多葉コリメータの場合、患者ごとにその開口形状が異なる多葉コリメータの形状をベースに即信号の比較用時間パターンを作成するため、照射中の螺旋ワブラシステムの動作の監視に加え、照射中に多葉コリメータの形状が変化した場合も検出できる。
【００３２】
また、本発明では、コリメータから発した即γ線信号など、粒子ビームがコリメータに当たって直ちに発生する即信号の時間パターンを監視するので、粒子ビームがコリメータに当たるタイミングとほぼ同時に即信号を検出できる。このため、時間遅れの心配がなく、精度よく粒子ビームの当たるタイミングを検出できる。
【００３３】
また、本発明は粒子ビームが当たってコリメータから飛び出すγ線や光などの即信号を検出して、粒子ビームの当たるタイミングを検出するので、粒子線治療で使う数ナノアンペア(nA= 1.0E-9A)のビーム電流の場合でも、例えばコリメータ本体を絶縁して浮かすなどの特別な改造を必要とせず、精度よく粒子ビームのコリメータに当たるタイミングを検出できる。このことは、粒子線照射装置に用いるコリメータの複雑化を避ける効果がある。つまり、照射ノズルに設置した多葉コリメータなどのコリメータは従来のままでも、本発明の効果を発揮できる。また、即信号を即γ線などの即放射線とした場合、例えば治療台を挟んで、あるいは照射ノズルの反対側、といったコリメータから離れた位置に即放射線検出器１１を設けても、コリメータから発生する即放射線信号を検出することが可能である。
【００３４】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２による粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。図１０において、図１と同じ符号は図１と同じまたは相当する部分を示す。本実施の形態２は、本発明を、回転ガントリー機構を備えた粒子線照射装置に適用した実施の形態である。図１０に示す粒子線照射装置は、回転ガントリーの回転トルクを軽減するためのカウンタウエイト３１、治療台３２、治療室床３３、回転ガントリー回転軸３４、および回転ガントリーを構成するように粒子ビームを輸送する回転ガントリー電磁石群３５を備えている。
【００３５】
この実施の形態２では、即放射線検出器１１をカウンタウエイト３１と共に回転するフレームに設置した。それ以外は、実施の形態１と同じである。したがって、本実施の形態２の基本動作は実施の形態１と同じである。本実施の形態２では、即放射線検出器１１を回転ガントリーのカウンタウエイト３１と共に回転するフレームに設置したため、回転ガントリーの回転角度によらず、常にコリメータ６から発生した即放射線信号（γ線、中性子線など）の前方集中成分を捕えることが可能である。そのため、回転ガントリーのどの照射角度においても、信号ノイズ比のよい即放射線信号を検出することが可能である。
【００３６】
実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３による粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。図１１において図１と同一の符号は同一または相当する部分を示す。本実施の形態３では、即放射線検出器１１にて検出した即放射線信号を、所定閾値Ｔｈと比較する回路である比較器１４を通して、即放射線信号を高さが一定の信号に変換する、すなわち即放射線信号を２値化する。図１２（Ａ）に示すパターンは、図３に示した、即放射線検出器１１で測定された即放射線信号そのものである。この即放射線信号に対して、図１２（Ａ）のＴｈで示すレベル以上の信号が測定された場合に出力を出す処理を行う。例えば、比較器１４として一般的な比較器（コンパレータ）の入力に、図１２（Ａ）の信号を入力し、比較器１４の比較レベルとしてＴｈに相当するレベルを設定すれば、比較器の出力として図１２（Ｂ）のような２値化された出力が得られる。閾値Ｔｈ以下のレベルの検出即放射線信号の即放射線は、コリメータ６で発生した以外の即放射線、例えば照射対象物である患部で発生した即放射線であるため、そのような信号レベルの即放射線を検出対象から除く処理を行うことができる。
【００３７】
本実施の形態３によれば、コリメータ６に粒子ビームが当たっているかどうかは処理された即放射線信号の有無で判断できるため、一層検出信号時間パターンを把握しやすく、比較用信号時間パターンと比較しやすくなる。よって、照射中に照射システムの動作をより容易に監視できる効果が得られる。
【００３８】
実施の形態４．
図１３は本発明の実施の形態４による粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。図１３において、図１１と同一符号は同一または相当する部分を示す。図１３において、１５は表示装置であり、例えば、検出信号時間パターンと比較用信号時間パターンとを表示装置１５に表示する。図１４は、表示装置１５に表示される画面のイメージである。本実施の形態４では、照射中に測定した検出信号時間パターンを、治療室や、操作室などに設けた表示装置１５に表示することによって、照射中において、粒子線照射装置の動作の様子を直感的に監視できる。尚、照射に用いたコリメータ形状、回転角度位置、粒子ビームの走査パターン、粒子ビーム電流時間情報などに基づいて計算して得られる比較用信号時間パターンを、検出信号時間パターンと共に表示装置１５に表示することによって、照射中に、より容易に粒子線照射システムの動作を監視することが可能である。図１４では、上段に検出信号時間パターンを、下段に比較用信号時間パターンを表示する場合の例を示したが、これに限るものではなく、両者を重ね合わせて表示する、または、その差（違い）を表示するようにしてもよい。
【００３９】
実施の形態５．
図１５は、本発明の実施の形態５による粒子線照射装置の要部を示すイメージ図である。図１５は実施の形態１における図２に相当する位置での粒子ビームの軌道などを示す図である。粒子線照射装置では、横方向の照射野形成を、粒子ビームを走査する走査電磁石のみで行う、ステップスキャン照射方法など、コリメータを用いずに粒子ビーム自体で横方向の照射野形成を行う照射方法がある。この場合、コリメータがないため、粒子ビームが当たって即信号を発生するものがないため、実施の形態１〜４のような即信号を得ることができない。そこで、本実施の形態５における粒子線照射装置では、コリメータを用いない構成において、照射野形成に影響しない程度に粒子ビームの極一部を遮蔽して即信号を発生する、粒子ビーム遮蔽体を、走査電磁石の下流に少なくとも一つ設置する。すなわち、図１５に示すように、粒子ビーム遮蔽体６３を、走査された粒子ビーム軌道４４によって形成される走査領域６６の境界で、例えば図１５において粒子ビーム５１で示すように、粒子ビームの一部のみ当たる位置に設置する。走査パターンと、走査開始時間などのタイミング情報から、どの時刻に、粒子ビーム遮蔽体６３にビームが当たるかが事前に予測し計算できる。予測した、粒子ビーム遮蔽体６３で発生される即γ線などの即信号を比較用信号時間パターンとして、信号比較装置１２に格納する。この比較用信号時間パターンを照射中に即信号検出器１１で検出した検出信号時間パターンと比較し、照射システムの健全性をクロースチェックできる。
【００４０】
以上のように、本発明は、ワブラシステムに限らず、予め決められた走査パターンによって粒子ビームを走査する粒子線照射装置全般に適用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１：粒子ビーム                        ２：ワブラ電磁石
４：走査された粒子ビーム
５：コリメータに遮蔽された粒子ビーム
６：コリメータ（粒子ビーム遮蔽体）
１１：即放射線検出器（即信号検出器）
１２：信号比較装置                      １４：比較器
１５：表示装置                          ２１：Ｘ方向走査電磁石
２２：Ｙ方向走査電磁石
４１：粒子ビームのコリメータ６の面における軌道パターン
６１、６２：コリメータリーフ            ６３：粒子ビーム遮蔽体
６５：コリメータの開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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